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Analisis-teorico-y-practico-del-comportamiento-hidraulico-de-sistemas-de-emulsion-inversa

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“ANÁLISIS TEÓRICO Y PRÁCTICO 
DEL COMPORTAMIENTO 
HIDRÁULICO DE SISTEMAS DE 
EMULSIÓN INVERSA” 
 
 
T E S I S 
Q U E P A R A O B T E N E R E L T Í T U L O DE 
I N G E N I E R O P E T R O L E R O 
P R E S E N T A : 
 
 
IVÁN ALEJANDRO ALEJANDRO 
 
DIRECTOR DE TESIS: 
QUÍM. ROSA DE JESÚS HERNÁNDEZ ÁLVAREZ 
 
 
CIUDAD UNIVERSITARIA, MÉXICO, D. F. 
2012 
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE 
MÉXICO 
 
 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
IVÁN ALEJANDRO ALEJANDRO AGRADECIMIENTOS 
 
ii 
 
Agradecimientos. 
 
 A ti DIOS: 
 
“A ti DIOS de mis padres, doy gracias y alabo. Tu que me has dado la vida, que desde 
el principio de los tiempos conoces mi destino, quien día a día guía e ilumina mi 
camino, a quien le debo todo lo que soy, gracias a tu infinito amor me das la alegría de 
terminar mis estudios académicos como Ingeniero Petrolero, solo te pido que me 
proveas de sabiduría y me ayudes para servir en bien de lo que hoy tu me concedes…” 
 
"Poderoso… Santo... SANTO DIOS PODEROSO… Reinas en MAJESTAD… 
GLORIOSO REY… Majestuosamente REYNAS… HIJO DE DIOS… Eterno… 
VERDAD… Santo DIOS…Digno de TODA LA ADORACIÓN… REY DE 
REYES… Consejero…Príncipe de Paz…Padre Eterno… 
 
Una cosa he demandado… “Buscare CONTEMPLAR la hermosura del SEÑOR Y 
RECREARME EN SU HABITACIÓN…” 
 
Mi corazón arde por ti... Quiero adorarte… Tu Eres la Única Luz del Mundo… 
EL GRAN YO SOY… El ETERNO… MI DIOS"… “TE EXALTAMOS.... 
JESÚS… ” 
 
 A mí amada MADRE Felicitas Alejandro Antonio: 
 
Gracias mami por el gran amor y devoción que le tienes a tus hijos, por el apoyo 
ilimitado e incondicional que siempre me has dado, por que siempre tienes la fortaleza 
de salir adelante sin importar los obstáculos, por escucharme, aconsejarme, por luchar 
por mi, por haberme formado como un hombre de bien, y por ser la mujer que me dio la 
vida y me enseño a vivirla. 
 
Gracias mamá por pasar noches enteras orando y velando por mi cuando yo estaba en 
un problema o cuando estaba enfermo, por compartir todas mis alegrías y por ayudarme 
en mis tristezas, porque sufriste días y noches enteras en hacer lo mejor para que yo 
pudiera cumplir mi mayor deseo y quizás el sueño de mi vida. Mi corazón nunca jamás 
dejara de quererte, porque el día que eso suceda entonces ya no latirá. Le doy gracias a 
DIOS porque te tengo, y porque puedo compartir cada minuto de mi vida contigo mami, 
gracias, sólo gracias y siempre recuerda que eternamente estaré contigo. 
 
 
 A mi PADRE Israel Alejandro de Jesús: 
 
Mil gracias por ser el pilar y sustento de nuestra familia y por que siempre estuviste con 
nosotros a pesar de todo, por que me viste crecer y me levantaste cada que tropezaba. 
Porque admiro como llevas tu vida de trabajo, de exigencias y cansancio sólo para que a 
nosotros nunca nos falte nada. En tus ojos veo tu frustración y desesperación por querer 
darnos más de lo que nos ofreces, aunque eso signifique que tú no tengas nada. Siempre 
seré tu hijo y quiero que sepas que si hay algo en lo que te pueda ayudar, siempre 
contaras conmigo, pues tu así lo hiciste conmigo. 
http://www.shoshan.cl/cartas/carta_110.html
IVÁN ALEJANDRO ALEJANDRO AGRADECIMIENTOS 
 
iii 
 
 A mis HERMANAS: 
 
Alondra: Tú que eres mi hermana, la mayor, tantos momentos felices que hemos 
compartido juntos desde que éramos pequeños. Gracias por ser parte de mí, por que me 
consolaste cuando más lo necesitaba, por que tu alegría siempre me animaba cuando 
estaba triste y solo, por tu comprensión y apoyo cuando lo necesite, sé que en ti 
encontré alguien en quien confiar. Yo siempre estaré a tu lado. Tú, que eres para mí una 
segunda madre... Te quiero mucho hermanita. 
 
Cristal: La audaz y autoritaria hermana que DIOS me dio, gracias hermanita por 
apoyarme y seguir conmigo cuando vivimos días sombríos y de angustia. Siempre pensé 
que nuestra amistad sería especial, que sería capaz de sobrepasar las barreras, supe que 
ambos teníamos que enseñarnos que la vida nos tenía sorpresas preparadas para el 
futuro, cosas buenas y malas; la mayoría de las veces las cosas malas nos enseñarían a 
no equivocarnos de nuevo. Siempre contaras con mi apoyo y siempre te llevare en mi 
corazón. 
 
Blanca Itzayana: La bebita de la familia, querida hermanita cuanto tiempo ha pasado y 
la verdad es que de toda la vida que te conozco, nunca te he escrito o regalado algo 
parecido. Gracias Blanquita, la que cuando estoy mal, siempre me apoya y me da su 
aliento, la que siempre espera, y me saca una sonrisa aun así yo este de malas. Sabes 
que yo siempre voy a estar para ti, que nunca vas a estar sola, Siempre voy a estar 
defendiéndote hasta de lo indefendible, dándote todo mi apoyo incondicional, 
preparándote para que en el futuro puedas afrontar la vida con entusiasmo y con 
convicción, vas a ver que nada malo te va a pasar, porque siempre ahí, junto a ti voy a 
estar. 
 
Emilio: Sabes que desde lo profundo de mi corazón siempre desee tener un hermano, 
sobre todo cuando estaba solo y necesitaba de alguien que me escuchara, que me 
aconsejara, con quien platicar mi sentir en momentos de angustia. Si DIOS me 
concediera un deseo como me gustaría que ese ser fueras tú. Te agradezco por tu 
amistad, tu comprensión y apoyo en los momentos más trágicos de mi vida, nunca 
olvidare todo lo que has hecho por mí. 
 
 
 A mis sobrinas Alondrita y Emily: 
 
Mis dos bebitas, que con su inteligencia, gracias y ocurrencias siempre me ponían de 
buenas y me animaban. Gracias por que siempre he pensado que México requiere de 
valores que se formen desde su niñez, espero en mi puedan ver un ejemplo a seguir, 
siempre poniendo su fe y confianza en DIOS, yo siempre y en todo momento lo hago. 
 
 
 A mi tío Vidal y su familia: 
 
Gracias por ser un padre para mi, por haberme enseñado el valor de la vida y el trabajo, 
tus sabios consejos siempre los tomare en cuenta en cada proyecto que realice, gracias 
por orientarme por el camino del bien ser, por que tus palabras a pesar de ser fuertes 
siempre estaban fundamentadas en la razón, gracias tío por todo el apoyo que 
incansablemente me brindaste, siempre confiaste en mi, siempre tendrás en mi a un hijo. 
IVÁN ALEJANDRO ALEJANDRO AGRADECIMIENTOS 
 
iv 
 
 A la maestra ROSA DE JESÚS HERNÁNDEZ ÁLVAREZ: 
 
Un eterno agradecimiento a mi querida y estimada maestra Rosita, mentora y 
responsable directa de mi formación profesional en los últimos años, quien compartió 
conmigo sus bastos conocimientos, valores, forma de ser y manera de pensar, muchas 
gracias por todo lo recibido durante mi estancia como colaborador suyo durante tres 
años consecutivos, sus buenas enseñanzas y atenciones hacia mi persona marcaron mi 
vida para bien, para mi siempre fue un alto honor estar a su lado, nunca olvidare las 
exhortaciones y las enseñanzas de vida que aprendí a su lado, pido a DIOS que la cuide 
mucho y le de salud y felicidad, pues México se mantiene aun de pie por mexicanos 
como usted, muchas gracias por todo... Usted un digno ejemplo a seguir... 
 
 
 A mi Jurado de Examen Profesional: 
 
Un gran agradecimiento a mis apreciables sinodales por el tiempo y dedicación 
brindadopara la realización de mi tesis, sus consejos y observaciones fueron de gran 
ayuda en lo personal: Ing. Rafael Viñas Rodríguez, Ing. José Agustín Velazco Esquivel, 
I. Q. María Cristina Avilés Alcántara, Ing. Edgar Antonio Meza Pérez. 
 
 
 A mis AMIGOS: 
 
Enrique, Buzquet, Esteban, Xanat, Yanine, Tun, Alexis, Cipriano, Edison, Edgar, 
Mirna, Carolina, Israel Amador y todos mis compañeros de la UNAM e IPN con quien 
tuve la dicha de trabajar y compartir estudios, gracias por las increíbles experiencias, 
anécdotas y lecciones de vida a lo largo de nuestra amistad, tantos episodios 
compartidos juntos que pareciese que todo era parte de una fantástica película, los 
gratos recuerdos los llevare siempre en mi ser, se que en un futuro no muy lejano DIOS 
nos dará la oportunidad de trabajar juntos en bien de nuestro querido México, tal como 
siempre lo hemos deseado. 
 
 
 A la UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO: 
“Mi alma mater, mi amada Universidad, la máxima casa de estudios de América 
Latina” 
 
Quien me adopto como uno de sus hijos y a quien debo mi formación profesional como 
Ingeniero Petrolero. El día que por primera vez forme parte de ti, fue un sueño 
cumplido, hoy que dejo el lugar que ocupe durante 5 años prometo siempre velar por tu 
bien, nuestro querido México te necesita mucho. Siempre viviré agradecido por todos 
los maestros, los conocimientos, las aulas, los recintos de consulta, las becas y todo 
aquello que pusiste a mi alcance siempre con el fin de formar a un mexicano ávido y 
comprometido en trabajar para y por el bien de su pueblo. Siempre estaré muy orgulloso 
de haber formado parte de tu prestigiada comunidad universitaria, puesto que fui hecho 
en CU y tal como lo dice tu toque de guerra, cuando nos llamas a pelear por el bien de 
todos, en todo momento pondré en practica lo que tu me enseñaste, muchas gracias... 
 
“Por mi raza hablara el espíritu” 
 ... México… Ingeniería... Universidad… 
ÍNDICE. 
 
v 
 
Índice. 
 
 
 
Agradecimientos. ............................................................................................................ ii 
 
Indice. .............................................................................................................................. v 
 
Objetivo . ...................................................................................................................... viii 
 
Alcance. ........................................................................................................................... ix 
 
Intrducción. ..................................................................................................................... x 
 
I. Antecedentes. 
 
1.1 Importancia y trascendencia de la emulsión inversa en la explotación de campos 
petroleros. ..................................................................................................................... 1 
 
II. Fundamentos teóricos que determinan la limpieza del agujero de acuerdo al 
comportamiento hidráulico. 
 
2.1 Importancia de la hidráulica durante las operaciones de perforación en función del 
comportamiento reologico y tixotropico del fluido de control ..................................... 3 
2.2 Propiedades y parámetros reológicos y tixotrópicos que definen la hidráulica ..... 4 
2.2.1 Clasificación y descripción de los fluidos. ...................................................... 5 
2.2.1.1 Newtonianos. ............................................................................................ 7 
2.2.1.2 No Newtonianos. ...................................................................................... 7 
2.2.1.2.1 Independientes del tiempo. ................................................................ 8 
2.2.1.2.2 Dependientes del tiempo. .................................................................. 9 
2.2.2 Modelos reológicos. ...................................................................................... 11 
2.2.2.1 Modelo de Newton. ................................................................................ 11 
2.2.2.2 Modelo de Bingham. .............................................................................. 11 
2.2.2.3 Modelo de Ley de potencias. .................................................................. 11 
2.2.2.4 Modelo de Ley de potencias modificado. ............................................... 12 
2.2.3 Determinación de las constantes reológicas y tixotrópicas. .......................... 12 
2.2.3.1 Modelo de Newton. ................................................................................ 14 
2.2.3.2 Modelo de Bingham. .............................................................................. 14 
2.2.3.3 Modelo de Ley de potencias. .................................................................. 14 
2.2.3.4 Modelo de Ley de potencias modificado. ............................................... 15 
2.3 Diseño de la hidráulica. ........................................................................................ 15 
2.3.1 Objetivo. ........................................................................................................ 16 
2.3.2 Descripción de actividades. ........................................................................... 16 
2.3.3 Procedimiento de cálculo............................................................................... 17 
2.3.4 Optimización. ................................................................................................ 22 
2.3.4.1 Criterios. ................................................................................................. 23 
2.3.4.2 Procedimiento de cálculo. ...................................................................... 25 
2.4 Sistema de control de sólidos. .............................................................................. 28 
2.4.1 Línea de flote. ................................................................................................ 30 
Pagina. 
 
ÍNDICE. 
 
vi 
 
2.4.2 Temblorinas. .................................................................................................. 31 
2.4.3 Trampa de arena. ........................................................................................... 32 
2.4.4 Desgasificadores. ........................................................................................... 32 
2.4.5 Hidrociclones. ................................................................................................ 33 
2.4.6 Limpiador de lodos. ....................................................................................... 33 
2.4.7 Centrifugas decantadoras. .............................................................................. 34 
2.4.8 Tanques de lodo. ............................................................................................ 34 
2.4.9 Sistemas de agitación. ................................................................................... 35 
2.5 Presiones de empuje y succión generadas por el movimiento de tuberías. .......... 35 
2.5.1 Descripción teórica. ....................................................................................... 36 
2.5.2 Determinación y aplicación. .......................................................................... 37 
2.6 Nomenclatura. ....................................................................................................... 39 
 
III. Emulsión inversa. 
 
3.1 Definición. ............................................................................................................ 41 
3.2 Fundamentos del diseño. ...................................................................................... 41 
3.2.1 Aspectos geológicos, litológicos y su problemática. ..................................... 42 
3.2.1.1 Formaciones con presión anormal y presencia de gases. .......................42 
3.3 Principios que rigen su estabilidad y comportamiento. ........................................ 49 
3.3.1 Tensión interfacial. ........................................................................................ 50 
3.3.2 Presión Osmótica. .......................................................................................... 52 
3.3.3 Formación y estabilidad de suspensiones y dispersiones coloidales en medios 
oleosos. .................................................................................................................. 54 
3.3.3.1 Tamaño de partícula. .............................................................................. 55 
3.3.3.2 Factores que determinan su estabilidad. ................................................. 55 
3.3.3.2.1 Agente emulsificante. ...................................................................... 56 
 3.3.3.2.1.1Desemulsificación. .................................................................... 56 
3.3.3.2.2 Contenido de fases solidas y liquidas oleosas y acuosas. ................ 57 
3.3.3.2.3 Electrolitos monovalentes y divalentes. .......................................... 58 
3.3.3.2.4 Temperatura y presencia de ácidos. ................................................ 58 
3.4 Densidad equivalente de circulación. Base que determina la densidad a emplear 
en formaciones con presión anormal. ......................................................................... 59 
3.4.1 Geopresiones. ................................................................................................ 60 
3.4.1.1 Presión poro. ........................................................................................... 61 
3.4.1.2 Presión de fractura. ................................................................................. 62 
3.4.1.3 Esfuerzo de sobrecarga. .......................................................................... 63 
3.5 Fases que la integran. ............................................................................................ 62 
3.5.1 Condiciones de los materiales y aditivos empleados en su elaboración........ 62 
3.5.2 Materiales y aditivos. ..................................................................................... 63 
3.5.2.1 Materiales. .............................................................................................. 64 
3.5.2.1.1 Líquidos. .......................................................................................... 64 
3.5.2.1.2 Sólidos. ............................................................................................ 64 
3.5.2.2 Aditivos. ................................................................................................. 65 
3.5.2.2.1 Orgánicos. ........................................................................................ 65 
3.5.2.2.2 Inorgánicos. ..................................................................................... 66 
3.6 Balance de materia para su elaboración y aplicación. .......................................... 66 
3.6.1 Cálculos para su preparación, manejo y acondicionamiento. ........................ 68 
3.7 Agentes contaminantes, problemática y medios para su control. ......................... 70 
3.8 Usos, ventajas y desventajas. ................................................................................ 75 
ÍNDICE. 
 
vii 
 
IV. Evaluación de parámetros reológicos y tixotrópicos en sistemas de emulsión 
inversa con densidad variable para definir la hidráulica que determine la limpieza 
del agujero. 
 
4.1 Elaboración de sistemas con densidad variable. ................................................... 76 
4.1.1 Resultados y presentación de este efecto. ...................................................... 81 
4.1.1.1 Tablas y graficas. .................................................................................... 82 
4.1.2 Selección de modelos matemáticos. .............................................................. 83 
4.2 Simulación del comportamiento hidráulico de acuerdo a resultados 
experimentales. ........................................................................................................... 85 
 
V. Manejo de la seguridad y protección ambiental en la elaboración y aplicación 
de la emulsión inversa. 
 
5.1 Aspectos generales. .............................................................................................. 89 
5.2 Clasificación de agentes contaminantes. .............................................................. 89 
5.2.1 Tóxicos. ......................................................................................................... 90 
5.2.2 Físicos. ........................................................................................................... 90 
5.2.3 Medidas preventivas. ..................................................................................... 90 
5.3 Protección personal. .............................................................................................. 91 
5.3.1 Equipos de seguridad. .................................................................................... 92 
5.3.1.1 Clasificación. .......................................................................................... 92 
5.4 Aspectos ecológicos a considerar. ........................................................................ 93 
5.4.1 Normatividad aplicable. ................................................................................ 94 
5.4.2 Problemas y soluciones. ................................................................................ 95 
 
Conclusiones y recomendaciones. ............................................................................... 96 
 
Bibliografía. ................................................................................................................... 98 
 
 
 OBJETIVO 
 
viii 
 
Objetivo. 
 
 
• Definir los parámetros reológicos y tixotrópicos que determinan el 
comportamiento hidraúlico de la emulsión inversa para que se lleve acabo 
eficientemente la limpieza del agujero durante las operaciones de perforación de 
pozos petroleros, con el proposito de reducir operacionales fallidas, lo que 
maximizará la rentabilidad de los proyectos de explotación de hidrocarburos. 
 
 ALCANCE 
 
ix 
 
Alcance. 
 
 
• Minimizar tiempos no productivos durante las operaciones de perforación de 
pozos petroleros debido a prácticas operacionales fallidas, consecuencia de un 
deficiente diseño, monitoreo y acondicionamiento de las propiedades reológicas 
y tixotrópicas del fluido del control previo y durante la aplicación del sistema en 
campo. 
 INTRODUCCIÓN 
 
x 
 
Introducción. 
 
 Desde la revolución industrial la energía en nuestro planeta ha sido un tema de 
suma importancia y desde hace casi un siglo los hidrocarburos se han mantenido en el 
primer lugar de las fuentes convencionales de energía existentes. Sin embargo la manera 
de obtenerlos cada vez se dificulta más, ya que la era del petróleo fácil se ha terminado. 
Los retos que la industria deberá enfrentar para saciar la demanda del petróleo y gas 
serán cada vez mayores en los próximos años. 
 
 
 Debido a que los hidrocarburos son actualmente la base económica, política y 
social de nuestro país es necesario conocer los elementos que se requieren para llegar a 
los yacimientos productores para su explotación optima, puesto que el petróleo y gas 
hasta el momento y por lo menos hasta que no se encuentre una fuente alterna viable 
que los sustituya seguirán teniendo un impacto altamente significativo en el desarrollo 
económico nacional. 
 
 
 La única forma deconocer la existencia de hidrocarburos en el subsuelo para así 
obtener ingresos de los mismos es perforar el área con potencial energético, es decir 
atravesar los estratos rocosos hasta llegar al yacimiento productor. El objetivo de la 
perforación incrementa su riesgo en formaciones con presiones anormales y presencia 
de gases, cuya litología esta compuesta principalmente por lutitas deleznables, las 
cuales al ir atravesando con fluidos de perforación base agua generan grandes 
problemas operacionales poniendo en riesgo la consecución del proyecto e 
incrementando así en gran medida la rentabilidad del mismo. Es así como en los años 
70´s un grupo de especialistas en el sector energético asumieron el reto de diseñar un 
fluido de control que solucionara esta problemática, dando con esto origen a lo que hoy 
conocemos como Emulsión Inversa, el “lodo mágico”, el cual permitió perforar 
exitosamente estas formaciones, logrando con ello reducir en gran medida el numero de 
operaciones fallidas durante las operaciones de perforación de pozos petroleros. 
 
 
 Se sabe que las lutitas componen más del 50% de la columna geológica de 
cualquier cuenca sedimentaria y que para llegar a las reservas de petróleo y gas es 
necesario atravesar las mismas de manera optima. Motivo por el cual se propuso realizar 
un análisis teórico y práctico del comportamiento de flujo de la Emulsión Inversa, 
fluido de control diseñado para perforar estas formaciones altamente problemáticas, 
estudio que permitirá definir el programa hidráulico a emplear durante la de perforación 
del pozo, de tal forma que si las propiedades del fluido de control se monitorean 
eficazmente y la hidráulica se diseñan correctamente el éxito de la perforación se 
asegura en gran medida. El presente trabajo de tesis ostenta dicho estudio, el cual consta 
de 5 capítulos descritos a continuación. 
 
 
 El capítulo I presenta antecedentes relacionados con la importancia y la 
trascendencia de la emulsión inversa en la explotación de campos petroleros, incluyendo 
datos históricos de su diseño y aplicación en México y el mundo. 
 INTRODUCCIÓN 
 
xi 
 
 
 El capítulo II trata lo concerniente a la hidráulica y metodología de cálculo de la 
misma, analiza los parámetros y propiedades reológicas y tixotrópicas que definen el 
comportamiento de la energía proporcionada por el movimiento del fluido de control a 
través del sistema circulatorio del pozo. También se presenta el procedimiento de 
cálculo ingenieril para el diseño y optimización de la hidráulica a emplear, se incluye en 
el mismo el estudio de las partes que conforman el sistema integral de control mecánico 
de sólidos, además del análisis de las presiones generadas por el movimiento de las 
tuberías en cada viaje de entrada y salida al fondo del pozo, lo cual permite definir la 
influencia de esta en la estabilidad de las paredes del agujero y limpieza del mismo. 
 
 
 El capítulo III comprende el estudio del sistema de emulsión inversa empleado 
como fluido de control en la perforación de pozos petroleros, inicialmente se presentan 
los fundamentos de su diseño, selección y aplicación, incluyendo el análisis de los 
principios físicos, químicos y fisicoquímicos que rigen su comportamiento, además de 
la densidad equivalente de circulación que tendrá al ser empleado como fluido de 
perforación, posteriormente se presentan las fases que la integran y las condiciones para 
su elaboración y empleo, incluyendo los agentes contaminantes, problemática y medios 
para su control, por último se realiza la comparación de las ventajas y desventajas del 
empleo de estos sistemas durante la perforación de formaciones lutíticas altamente 
problemáticas. 
 
 
 El capítulo IV describe el procedimiento experimental escala laboratorio para la 
elaboración de sistemas de emulsión inversa comerciales y evaluación de sus 
propiedades reológicas y tixotrópicas, así mismo se presentan gráficos y tablas de su 
comportamiento de flujo que determina el modelo matemático que rige su hidráulica. 
Por ultimo se presenta la simulación del comportamiento hidráulico en base a resultados 
experimentales obtenidos del análisis escala laboratorio de estos sistemas de densidad 
variable, definiendo con esto la hidráulica óptima a emplear durante las operaciones 
perforación. 
 
 
 El capítulo V hace énfasis en la importancia y trascendencia de la seguridad y 
protección ambiental durante la perforación y mantenimiento de pozos petroleros, 
también describe los principales contaminantes que se presentan en estas operaciones, 
así mismo se presentan medidas preventivas en el manejo de materiales peligrosos y el 
uso correcto del equipo de protección personal, por último se hace mención de la 
normatividad aplicada a la ecología en relación con los fluidos de perforación base 
aceite en México. 
 
 
 Finalmente se presentan conclusiones y recomendaciones en función de los 
resultados experimentales seleccionados para la determinación de la hidráulica optima 
requerida para perforar formaciones lutíticas altamente problemáticas, empleando como 
fluido de perforación sistemas de emulsión inversa con densidad variable, lo cual 
permitirá llevar acabo eficientemente la limpieza del agujero, reduciendo así costos y 
riesgos técnicos y ambientales. 
CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES 
 
1 
 
Capítulo 1: Antecedentes. 
 
 
 1.1 Trascendencia de la emulsión inversa en la explotación de campos 
 petroleros. 
 
 
 Debido a que los hidrocarburos actualmente son la base económica, política y 
social de nuestro país, es necesario conocer los elementos que se requieren para llegar a 
los yacimientos productores para su explotación óptima y así obtener ingresos de la 
venta de los mismos. También es necesario el conocimiento de la cadena de valor de los 
hidrocarburos como es la exploración, explotación, producción, refinación, gas y 
petroquímica básica y secundaria. 
 
 
 La etapa de explotación es fundamental debido a que si no se tiene la 
comunicación del yacimiento con la superficie no se podría disponer de los 
hidrocarburos, las principales disciplinas relacionadas con esta área son Ingeniería de 
Yacimientos, Perforación y Producción de pozos. 
 
 
 La construcción de un pozo petrolero involucra las siguientes etapas: 
perforación, cementación de tuberías y terminación del pozo. 
 
 
 Perforación: Es la acción de penetrar los estratos de las diversas capas de roca 
hasta llegar a un punto definido del yacimiento. Para tal fin se utiliza un sistema 
rotatorio que consiste en hacer girar una barrena conectada a una tubería para 
romper la roca y penetrar las formaciones. 
 
 Cementación: Es el proceso de colocar cemento entre la tubería de revestimiento 
y las paredes del pozo, su principal objetivo es la construcción de un ducto que 
permita establecer un flujo controlado del hidrocarburo hacia la superficie. 
 
 Terminación: Etapa final de la perforación de un pozo petrolero, es el conjunto 
de operaciones que se realizan para comunicar a la formación productora con la 
superficie y así preparar el pozo para obtener la producción optima de 
hidrocarburos al menor costo, evitando dañar el yacimiento productor. 
 
 
 La única manera de comprobar la existencia de hidrocarburos en el sitio donde la 
investigación geológica y geofísica propone que se podría localizar un yacimiento es 
perforar. 
 
 
 
 
CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES 
 
2 
 
 
 El proceso para perforar con éxito el agujero y construir el pozo requiere del 
empleo de sistemas hidráulicos, oleosos o neumáticos denominados fluidos de 
perforación; además de equipos, herramientas y personal capacitado, de la selección 
correcta de estos dependerá el éxito de la operación.Entre los fluidos de perforación que mejores resultados han aportado hasta 
nuestros días son los sistemas denominados de emulsión inversa, conocido en campo 
como “lodo mágico”, diseñado, patentado y licenciado en México por especialistas del 
Instituto Mexicano del Petróleo en los años setentas. El proyecto fue dirigido por la 
especialista en el diseño, selección y aplicación de fluidos de control la Química Rosa 
de Jesús Hernández Álvarez, desde su desarrollo en el laboratorio hasta la aplicación del 
sistema a escala industrial en campo. 
 
 
 Este sistema desde su invención ha permitido la perforación exitosa de áreas 
terrestres y marinas con formaciones lutíticas altamente problemáticas que presentan 
presiones anormales y presencia de gases, logrando atravesar estratos rocosos 
compuestos principalmente de arcillas hidratables, las cuales no podían ser inhibidas 
con fluidos de perforación base agua, teniendo así grandes problemas operacionales lo 
cual maximizaban la rentabilidad de los proyectos de explotación a tal grado que en la 
mayoría de las veces se perdía el pozo. 
 
 
 El éxito alcanzado con la emulsión inversa se ve reflejado hasta nuestros días, ya 
que permitió la explotación del área marina de Tabasco y la apertura de la sonda de 
Campeche, hecho histórico que posiciono a México en los años ochentas como el 
segundo productor de hidrocarburos a nivel internacional, su trascendencia en la 
sociedad es agradecida por todos aquellos involucrados de una u otra forma con la 
misma, pues creo miles de fuentes de trabajo en México y el mundo. 
 
 
 Petróleos Mexicanos consiente de la importancia y trascendencia de esta 
tecnología tubo a bien otorgarle en la conmemoración de su 50 aniversario de existencia 
el segundo lugar en aportación tecnológica para México a la creadora del sistema, la 
Química Rosa de Jesús Hernández Álvarez, mujer valiente, audaz, honesta y temerosa 
de Dios, quien a lo largo de su basta y prestigiada carrera profesional trabaja día con día 
para y por un México mejor, con el único objetivo de formar capital humano con una 
visión integral y emprendedora, recurso que tiene como misión lograr en un futuro no 
muy lejano la estabilidad económica, política y social de nuestro país. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
3 
 
Capítulo 2: Fundamentos teóricos que 
determinan la limpieza del agujero de 
acuerdo al comportamiento 
hidráulico. 
 
 
 
 2.1 Importancia de la hidráulica durante las operaciones de perforación en 
 función del comportamiento reológico y tixotrópico del fluido de control. 
 
 
 El proceso de perforación involucra para su realización dos energías: energía 
mecánica y energía hidráulica. 
 
 La energía mecánica se refiere a la aplicación de la carga sobre barrena impuesta 
sobre el fondo del pozo, trasmitida a la formación a ser perforada por esta última, y a la 
velocidad de rotación impuesta en la barrena mediante la sarta de perforación y la mesa 
rotaria. Con esto, los elementos cortadores de la barrena realizan la función de rascar, 
triturar o fracturar las formaciones. 
 
 La energía hidráulica proporcionada por el desplazamiento del fluido de control 
a través del sistema circulatorio del pozo, tiene como principal función la limpieza del 
fondo del pozo, dientes de la barrena y espacio anular del agujero. 
 
 Con la aplicación de estas dos energías, se cumple con el fundamento básico de 
la perforación: destruir la roca, suspender y remover los recortes generados hacia la 
superficie, para ello necesariamente se requiere conocer el comportamiento reológico y 
tixotrópico del fluido de control durante el proceso de perforación, la hidráulica de la 
perforación se encarga de dicho estudio. 
 
 Lo primero que se tiene que considerar en cualquier programa de hidráulica es la 
máxima presión disponible. Esto requiere conocer el tamaño de la bomba, la potencia 
del motor de la maquina, el tipo, tamaño y geometría de las barrenas, toberas, tuberías y 
accesorios a emplear. 
 
 Una vez seleccionado el fluido de perforación a emplear, establecer si se debe 
utilizar barrenas con toberas y definir si el equipo tiene la potencia adecuada, finalmente 
el problema se centra en diseñar el programa de hidráulica óptimo que asegure cumplir 
con los siguientes objetivos: 
 
 Incrementar la velocidad de penetración y la vida útil de la barrena, en función 
de una limpieza efectiva del fondo del agujero. 
 Evitar o disminuir la excesiva erosión de las paredes del agujero, y no provocar 
derrumbes o deslaves. 
 Controlar las perdidas de presión en el sistema integral de circulación. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
4 
 
 2.2 Propiedades y parámetros reológicos y tixotrópicos que definen la 
 hidráulica. 
 
 El flujo del fluido de control a través de la sarta de perforación, espacio anular, 
línea de succión y descarga es uno de los aspectos más importantes en la planeación de 
la perforación de un pozo. Por lo tanto, las características reológicas y tixotrópicas del 
fluido de perforación deberán de estar bien definidas, a fin de diseñar adecuadamente 
los requerimientos de potencia necesaria para circularlo. 
 
 El diseño de sistemas de fluidos de perforación y su comportamiento de flujo a 
diferentes condiciones; así como el efecto de diversos contaminantes sobre los mismos, 
se obtienen a partir de un estudio que involucra un análisis de sus propiedades 
reológicas y tixotrópicas. 
 
Reología. 
 
 Es la ciencia de la deformación y flujo de los materiales. Es la rama de la física 
que trata sobre la mecánica de los cuerpos deformables. 
 
Deformación. 
 
 La deformación que sufren los materiales puede ser arbitrariamente dividida en 
dos tipos generales: 
 
 Deformación espontáneamente reversible llamada elasticidad. 
 Deformación irreversible denominada flujo. 
 
Elasticidad. 
 
 Corresponde a una energía mecánicamente recuperable. Es decir, el trabajo 
empleado en deformar un cuerpo perfectamente elástico, es recuperado cuando el 
cuerpo es retornado a su forma original indeformada. Esta deformación es considerada 
como una función del esfuerzo. 
 
Flujo. 
 
 Corresponde a la conversión de la energía mecánica en calor. El trabajo 
empleado en mantener el flujo es disipado en una forma de calor y no es mecánicamente 
recuperable. En el flujo, la deformación es una función del corte. 
 
Corte. 
 
 El corte es un tipo de deformación muy importante. En donde el corte simple es 
un caso especial de una deformación laminar y puede ser considerado como un proceso, 
en el cual planos paralelos infinitamente delgados, se deslizan uno sobre otro; como en 
un paquete de naipes. Figura 2.1. 
 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fluido. 
 
 Se define como una substancia la cual tiende al desplazamiento bajo la acción de 
un esfuerzo de corte, no importando la consistencia de éste. En un fluido, los esfuerzos 
entre las partículas adyacentes son proporcionales al ritmo de deformación y tienden a 
desaparecer cuando cesa el movimiento. 
 
 
 2.2.1. Clasificación y descripción. 
 
 Los fluidos pueden ser clasificados de acuerdo con su comportamiento bajo la 
acción de un esfuerzo cortante y a la velocidad de corte inducida por dicho esfuerzo 
resultante en un flujo laminar y unidireccional, a temperatura constante. 
 
 Considere un sistema de dos placas paralelas separadas por un fluido. Las placas 
son infinitamente grandes con respecto a la separación entre ellas. Suponga que la placa 
superior se está moviendo con una velocidad ux + dux, en tanto que la placa inferior lo 
hace a una velocidad ux. Así, la velocidad de flujo adyacente a las placas es la misma 
que la velocidad de éstas. 
 
 Por lo tanto,el fluido está sujeto a una deformación du/dy la cual es un gradiente 
de velocidad de corte . En tanto que la fuerza cortante F por área unitaria A, impuesta 
sobre el fluido y tendiente a causar el movimiento del mismo, es denominada esfuerzo 
cortante . Figura 2.2. 
a.- SIMPLE b.- ROTACIONAL c.- TELESCÓPICO d.- GIRO
FIG. I-1.- DEFORMACIÓN LAMINARFigura 2.1.Deformación laminar. 
Los tipos de corte mostrados en b y c representan el tipo de flujo 
encontrado en viscosímetros rotacionales y capilares respectivamente. 
 
 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
6 
 
 
 
 
 
 
 Así, para todos los fluidos existe una relación entre el esfuerzo cortante impuesto 
y la velocidad de corte resultante. 
 
Por lo tanto, la relación: 
 
)( f=  
 
 Es única para cada tipo de fluido; siendo característica para un fluido bajo 
condiciones dadas de presión y temperatura. Esta relación funcional entre el esfuerzo y 
la velocidad de corte es conocida como la ecuación reológica o constitutiva del fluido. 
De esta manera, basados en la forma de las ecuaciones reológicas o en sus reogramas, 
los fluidos se clasifican en varios tipos. 
 
 Así, los fluidos se clasifican principalmente en dos grandes grupos: fluidos 
puramente viscosos y fluidos que exhiben propiedades viscosas y elásticas, 
denominados fluidos viscoelásticos. 
 
 Sin embargo, de acuerdo con su comportamiento bajo la acción de un esfuerzo 
cortante y la velocidad de corte inducida por dicho esfuerzo, los fluidos se clasifican 
como fluidos newtonianos y fluidos no-newtonianos. Figura 2.3. 
 
FIG. I.2.- RESPUESTA DE UN FLUIDO A LA ACCIÓN DE UN ESFUERZO
PLACA DE ÁREA “A” MOVIENDOSE A UNA VELOCIDAD Ux+dUx
Y EJERCIENDO UNA FUERZA “F” SOBRE EL FLUIDO
PLACA DE ÁREA “A” MOVIENDOSE A UNA VELOCIDAD Ux
FLUIDO MOVIENDOSE A
UNA VELOCIDAD Ux+dUx
FLUIDO MOVIENDOSE A UNA
VELOCIDAD Ux
dY
Figura 2.2.Respuesta de un fluido a la acción de un esfuerzo de 
corte. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
7 
 
 
 
 
 
2.2.1.1 Newtonianos. 
 
 Los fluidos newtonianos o ideales son aquellos cuyo comportamiento reológico 
puede ser descrito de acuerdo con la Ley de la viscosidad de Newton. Es decir, son 
aquellos fluidos que exhiben una proporcionalidad directa entre el esfuerzo cortante 
aplicado y la velocidad de corte inducida. Figura 2.4. 
 
 
 
 
2.2.1.2 No Newtonianos. 
 
 Los fluidos no-Newtonianos son aquellos fluidos que no se comportan de 
acuerdo con la Ley de la Viscosidad de Newton. Por exclusión, en este grupo se incluye 
a todos los fluidos que no exhiben una relación directa entre el esfuerzo cortante y la 
velocidad de corte. A su vez, éstos pueden ser subdivididos en dos grupos: Fluidos 
Independientes del Tiempo y Fluidos Dependientes del Tiempo. 
TABLA II.- CLASIFICACIÓN REOLÓGICA DE LOS FLUIDOS
F
L
U
ID
O
S
VISCOELÁSTICOS
PURAMENTE
VISCOSOS
NEWTONIANOS
NO-NEWTONIANOS
INDEPENDIENTES
DEL TIEMPO
• PLÁSTICOS DE BINGHAM
• SEUDOPLÁSTICOS
• DILATANTES
• SEUDOPLÁSTICOS CON
PUNTO DE CEDENCIA
• DILATANTES CON
PUNTO DE CEDENCIA
DEPENDIENTES
DEL TIEMPO
• TIXOTRÓPICOS
• REOPÉCTICOS
Figura 2.3.Clasificación reológica de los fluidos. 
Figura 2.4. Fluido Newtoniano. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
8 
 
 2.2.1.2.1 Fluidos independientes de tiempo. 
 
 Son así denominados debido a que sus propiedades reológicas no cambian con la 
duración del corte o con su historia de corte. Entre éstos se encuentran los Fluidos 
Plásticos de Bingham, Seudoplásticos, Dilatantes, y Seudoplásticos y Dilatantes con 
Punto de Cedencia. 
 
Fluidos Plásticos de Bingham. 
 
 Son un caso idealizado de los fluidos no-Newtonianos; pues a fin de iniciar su 
movimiento se requiere vencer un esfuerzo inicial finito, denominado punto de 
cedencia. Una vez que dicho esfuerzo inicial ha sido excedido, estos fluidos exhiben 
una relación lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte. Figura 2.5. 
 
 
 
 
 
Fluidos Seudoplásticos. 
 
 Son aquellos fluidos para los cuales un esfuerzo cortante infinitesimal iniciará su 
movimiento y para el cual el ritmo de incremento en el esfuerzo cortante decrece 
conforme se incrementa la velocidad de corte. Figura 2.6. 
 
 
 
 
Figura 2.5. Fluido Plástico de Bingham. 
Figura 2.6. Fluido Seudoplástico. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
9 
 
Fluidos Dilatantes. 
 
 Estos fluidos presentan un comportamiento similar a los Fluidos Seudoplásticos, 
con la diferencia de que en los Fluidos Dilatantes el ritmo del incremento del esfuerzo 
cortante con la velocidad de corte se incrementa. Figura 2.7. 
 
 
 
 
 
Fluidos Seudoplásticos y Dilatantes con punto de cedencia. 
 
 Son aquellos fluidos que exhiben un esfuerzo inicial finito o punto de cedencia, 
como en el caso de los Fluidos Plásticos de Bingham; una vez que el esfuerzo de 
cedencia ha sido excedido, su comportamiento esfuerzo-deformación se asemeja al 
comportamiento de los Fluidos Seudoplásticos o Dilatantes. Figura 2.8. 
 
 
 
 
 
 2.2.1.2.2 Fluidos dependientes de tiempo. 
 
 Estos fluidos se caracterizan porque sus propiedades reológicas varían con la 
duración del esfuerzo cortante y velocidad de corte, dentro de ciertos límites. Los 
Fluidos Dependientes del Tiempo se subdividen en: Fluidos Tixotrópicos y Fluidos 
Reopécticos. 
Figura 2.7. Fluido Dilatante. 
Figura 2.8. Fluido Seudoplástico y Dilatante con Punto de Cedencia. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
10 
 
Fluidos Tixotrópicos. 
 
 Son aquellos fluidos en los cuales el esfuerzo cortante decrece con la duración 
del corte. Figura 2.9. 
 
 
 
 
Fluidos Reopécticos. 
 
 A diferencia de los Fluidos Tixotrópicos, en los Fluidos Reopécticos el esfuerzo 
cortante se incrementa conforme se incrementa la duración del corte. Figura 2.10. 
 
 
 
 
 
Fluidos Viscoelásticos. 
 
 Son así denominados debido a que presentan características intermedias entre los 
fluidos puramente viscosos y los sólidos puramente elásticos. Son aquellos que se 
deforman bajo la acción de un esfuerzo de corte y retornan a su forma original cuando 
cesa la acción de dicho esfuerzo. 
Figura 2.9. Fluido Tixotrópico. 
Figura 2.10. Fluido Reopéctico. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
11 
 
 2.2.2 Modelos reológicos. 
 
 La descripción reológica de los fluidos ha sido expresada mediante relaciones 
matemáticas complejas. Algunas de las relaciones empleadas para describir a estos 
fluidos han sido aplicadas al comportamiento reológico de los fluidos de perforación, 
terminación y reparación de pozos petroleros. 
 
 Por lo tanto, los fluidos de perforación pueden ser representados por varios 
modelos reológicos o ecuaciones constitutivas; entre las cuales, las más empleadas son 
el modelo de Bingham, Ostwald-de Waele y Herschel-Bulkley. 
 
 
2.2.2.1 Modelo de Newton. 
 
 Este modelo propuesto por Newton, representa a los fluidos ideales. Es decir, 
caracteriza a aquellos fluidos cuya relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de 
corte es lineal. La constante de proporcionalidad, conocida como coeficiente de 
viscosidad o simplemente viscosidad, es suficiente para describir su comportamiento de 
flujo. 
 
Matemáticamente, esta relación se expresa como: 


 
g
 =
c
 
 
Donde  es la viscosidad absoluta, viscosidad Newtoniana o simplemente viscosidad. 
Esta viscosidad permanece constante a cualquier velocidad de corte; siempre y cuando 
el flujo sea laminar y las propiedades del fluido permanezcan inalterables. 
 
 
2.2.2.2 Modelo de Bingham. 
 
 Este tipo de fluidos es el más simple de todos los fluidos no-Newtonianos,debido a que la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte exhibe una 
proporcionalidad directa, una vez que un esfuerzo inicial finito, necesario para iniciar el 
movimiento, ha sido excedido. A este esfuerzo inicial se le denomina punto de 
cedencia, y; en tanto que la pendiente de la porción lineal del reograma es conocida 
como coeficiente de rigidez o simplemente viscosidad plástica, p. 
 
Así, el modelo de Bingham esta representado como: 
y
c
p
g
= 

  
 
2.2.2.3 Modelo de Ley de potencias. 
 
 El modelo de Ostwald de Waele, comúnmente conocido como modelo de Ley de 
Potencias, es uno de los más usados en el campo de la ingeniería y una de las primeras 
relaciones propuestas entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte. Esta relación 
está caracterizada por dos constantes reológicas y expresada como: 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
12 
 
n
K =  
 
 En donde el índice de consistencia K, es un término semejante a la viscosidad e 
indicativo de la consistencia del fluido. Es decir, si el valor de K es alto, el fluido es más 
"viscoso" y viceversa. En tanto que el índice de comportamiento de flujo n, es una 
medida de la no-Newtonianidad del fluido. Entre más alejado de la unidad sea el valor 
de n, más no-Newtoniano es el comportamiento del fluido. 
 
 
2.2.2.4 Modelo de Ley de potencias modificado. 
 
 El modelo de Herschel - Bulkley, también conocido como modelo de Ley de 
Potencias con Punto de Cedencia, fue propuesto con el fin de obtener una relación más 
estrecha entre el modelo reológico y las propiedades de flujo de los fluidos 
Seudoplásticos y Dilatantes con punto de cedencia. Este modelo está representado por: 
 
y
n
+K =  
Donde y representa un esfuerzo inicial o punto de cedencia. Las constantes n y K tienen 
un significado similar a las constantes reológicas del modelo de Ley de Potencias. 
 
 Este modelo es más general que los anteriores. Es decir, los modelos de Newton, 
Bingham y Ostwald-de Waele son soluciones particulares de éste; pues si n es igual a la 
unidad y y es cero, el modelo se reduce a la Ley de Newton; en tanto que si y es 
diferente de cero, este modelo representa al modelo de Bingham, con K = p/gc. Por 
otro lado, si n es diferente de la unidad y y es cero, resulta el modelo de Ley de 
Potencias. 
 
 
2.2.3 Determinación de las constantes reológicas y tixotrópicas. 
 
 Se debe tener en mente que el término "viscosidad" es apropiado solamente para 
fluidos newtonianos. Para los fluidos no-Newtonianos, este término no tiene sentido, al 
menos en sentido estricto. Sin embargo es común referirse a la relación entre el esfuerzo 
cortante y la velocidad de corte como un término de viscosidad, esto es: 
 

 cg 
 
 De tal manera que para fluidos no-Newtonianos, el término "viscosidad" 
significa exactamente la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte, y y 
, cualquiera que sea la relación existente entre ambas,  = f(). Por este motivo, la 
viscosidad deberá ser especificada a una velocidad de corte determinada. 
 
 En este trabajo, se considerará el viscosímetro Fann 35-VG, comúnmente 
empleado en la industria petrolera, equipado con la combinación estándar de bob-
camisa y resorte de torsión No. 1, por ser éstos los suministrados con cada aparato. 
Figura 2.11. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
13 
 
 
 
 
 
Para el viscosímetro rotacional de campo y la combinación bob-camisa estándar y 
resorte de torsión No. 1, se tiene: 
 
 
 
Por lo que el esfuerzo de corte estará definido por la ecuación: 
 
 
 
 
 
 
 
FIG. I.10.- VISCOSÍMETRO ROTACIONAL FANN 35-VG
Marca registrada de NL/Baroid/NL Industries, Inc.Figura 2.11. Viscosímetro Rotacional Fann 35. 
 
 
 
Rc = 1.8420 cm. 
Rb = 1.7250 cm. 
he = 4.0500 cm. 
 = 1.0678 
KR = 387.0000 dinas-
cm/grado. 
 
 
 
h
e
=
 
4
.
0
5
0
0
c
m
. 


=
(4.050) (1.725) 2
 387
he Rb 2
 K
22
R

 
A
F
b







2cm
dinas
 1109.5 b
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
14 
 
Y en unidades prácticas: 
 
 
 
 
Donde θ = Lectura Fann, deflexión del resorte (grados). 
 
Por otro lado la velocidad de corte esta definida por la ecuación: 
 
 
 
 
 
 
 
Donde N = Velocidad de rotación de la camisa (RPM). 
 
 
 2.2.3.1 Modelo de Newton. 
 
 Viscosidad del fluido a cualquier velocidad de corte. 
 
 
 
 
 
 2.2.3.1 Modelo de Bingham. 
 
 Viscosidad plástica: 
 
    cp 300600p   
 Punto de cedencia: 
 
 
 
 
 2.2.3.2 Modelo de Ley de potencias. 
 
 Índice de comportamiento de flujo: 
 
 adim log 32.3n
300
600









 
 Índice de consistencia: 
 








2n
300
n
600
pies 100
nseg-flb 
5111022
K 







2
f
pies100
lb
 067.1 b
















1-06782.1
06782.1
 
15
N 
1-
 
15
N 
2
2
2
2

w
 -1seg N 703.1w
 cp 
N
 300

 







2pies 100
flb 300 py 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
15 
 
2.2.3.3 Modelo de Ley de potencias modificado. 
 
 Punto de cedencia: 
 
 
 
 Índice de comportamiento de flujo: 
 
 adim log 32.3n
o300
o600











 
 Índice de consistencia: 
 










2n
o300
n
o600
pies 100
nseg-flb 
5111022
K 
 
 
2.3 Diseño de la hidráulica. 
 
 
 
 
Figura 2.12. Sistema circulatorio del pozo. 
0
 
y
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
16 
 
 La utilización apropiada de la potencia hidráulica de la bomba es uno de los 
factores de mayor importancia en las operaciones de perforación rotatoria. Por lo tanto, 
con la finalidad de emplear la energía hidráulica disponible del equipo, en una forma 
más eficiente, se requiere del entendimiento de los componentes del sistema circulatorio 
del pozo, los cuales consumen potencia; así como de la determinación analítica de la 
presión existente en varios puntos del sistema hidráulico del pozo. Figura 2.12. 
 
 La determinación de las caídas de presión por fricción en las diferentes 
secciones del pozo se basa principalmente en las leyes que rigen la mecánica de los 
fluidos y la aplicación de las siguientes leyes físicas de la dinámica de fluidos: 
 
a) Ecuación de Energía o Ley de la Conservación de Energía. 
b) Ecuación de Continuidad o Ley de la Conservación de Masa. 
c) Ecuación de Momento o la aplicación de la Segunda Ley de Newton. 
 
 Por lo tanto, las ecuaciones que describen el comportamiento de flujo del fluido 
de perforación son obtenidas a partir de la aplicación de las leyes anteriores, en 
combinación con el modelo reológico y la correspondiente ecuación de estado. 
 
 
 2.3.1 Objetivo. 
 
 Se fundamenta en establecer la secuencia de cálculos de diseño para determinar 
los parámetros hidráulicos que permiten lograr una óptima limpieza del agujero para 
alcanzar altos ritmos de penetración durante la perforación de pozos petroleros. 
 
 
 2.3.2 Descripción de actividades. 
 
El diseño de la hidráulica de perforación tiene que ver con: 
 
 Determinar el gasto óptimo y el tamaño de toberas adecuadas para lograr una 
eficiente limpieza del agujero para maximizar el ritmo de perforación. 
 Conocer el modelo reológico de acuerdo al cual el fluido de perforación se 
comporta. 
 
 Existen dos criterios principales para aprovechar la máxima energía disponible 
(mecánica o hidráulica) en superficie optimizando la hidráulica con el objetivo de 
limpiar el fondo del agujero para alcanzar altos ritmos de penetración: 
 
 Máximapotencia hidráulica: Se recomienda aplicarlo cuando se tiene la 
limitante de utilizar altos gastos, debido a las elevadas caídas de presión en el 
sistema de circulación para condiciones de pozos profundos, altas densidades y 
agujeros reducidos. El indicador de potencia esta dado en HSI (por sus siglas en 
inglés) se refiere a caballos de potencia hidráulica por pulgada cuadrada. 
 
 Máxima fuerza de impacto en las toberas: Se recomienda aplicar altos gastos 
para alcanzar una adecuada velocidad anular, que permita la limpieza a lo largo 
del pozo, especialmente para el caso de las etapas superficiales e intermedias. El 
indicador de fuerza de impacto esta dado en lbfuerza (Fj). 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
17 
 
 2.3.3 Procedimiento de cálculo. 
 
A) Datos mínimos requeridos: 
 
 Estado mecánico del pozo. 
 
  Potencia y Eficiencia de la bomba 
(HP). 
 
 Diámetros interiores y 
exteriores expuestos al 
flujo. 
 
  Tipo de conexiones superficiales 
de control y presión máxima. 
 Densidad y reología del 
fluido. 
 
  Diámetro de la barrena. 
B) Con fines de Diseño debe aplicarse el modelo reológico de Ley de Potencias 
Modificado. Mientras que durante el desarrollo de la perforación debe corroborarse el 
modelo reológico que ajuste a las condiciones reales del fluido graficando en 
coordenadas cartesianas las lecturas obtenidas del viscosímetro Fann vs. Velocidad del 
rotor. Ajustar una línea de tendencia que mejor ajuste a los datos obtenidos. Figura 2.13. 
 
 
 
 
 
C) Calcular el gasto máximo y mínimo disponible por la bomba. 
 
 
 
 
 
 
 El gasto mínimo puede obtenerse de dos formas. La primera con base a la 
velocidad de deslizamiento de una partícula en el espacio anular y la segunda con base a 
reglas de dedo o experiencia de campo. 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 200 400 600 800
Le
ct
u
ra
 d
e
l v
is
co
sí
m
e
tr
o
Velocidad del rotor, rpm
Models reológicos
Plástico de Bingham
Newtoniano
Ley de potencias
Modelos Reológicos 
Figura 2.13. Graficas de las lecturas obtenidas con el viscosímetro Fann 35. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
18 
 
C.1) Cálculo del gasto mínimo con base a la velocidad de deslizamiento (vsl). 
 
 Existen 3 correlaciones para calcular la velocidad de deslizamiento (vsl) de una 
partícula sólida inmersa en un fluido No-Newtoniano, Moore, Chien y Walker & 
Mayes; sin embargo se recomienda utilizar aquella planteada por Moore y que asume 
que la partícula se encuentra en un flujo transitorio. 
 
 C.1.1) Calcular la velocidad de deslizamiento del recorte. 
 
 
 ( )
 
 
 
 
 
 
C.1.2) La velocidad anular requerida para desplazar el recorte del espacio 
anular hacia superficie es entonces: 
 
 
 
 C.1.3) El gasto mínimo para tener limpio el espacio anular será entonces: 
 
 ( 
 
 ) 
 
C.2) De acuerdo a una regla de dedo conocida. 
 
 Se dice que una velocidad anular de 120 ft/min (2 ft/seg) es capaz de lograr una 
adecuada limpieza de recortes del espacio anular. Entonces el gasto mínimo se calcula 
directamente con la ecuación anterior. Es importante notar que la velocidad anular en la 
ecuación mencionada se encuentra en ft/seg. 
 
Hasta ahora se tienen conocidos los límites del programa de hidráulica: 
 
 
Presión máxima de la bomba Pmax Dato 
Máxima potencia de la bomba PHP Dato 
Gasto máximo disponible qmax Ecuación (1) 
Gasto mínimo requerido qmin Ecuación (4) 
 
 
D) Asumir un gasto de bombeo promedio entre el máximo y el mínimo para predecir el 
comportamiento de las caídas de presión parásitas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
19 
 
E) Cálculo de las caídas de presión. 
 
 Recordando que la presión de bombeo necesaria para circular el fluido a través 
del sistema hidráulico del pozo, es igual a la suma de las caídas de presión por fricción 
en cada una de las secciones que lo componen; es decir: 
 
 
 
 Las caídas de presión parásitas (Pd) son aquéllas caídas registradas en todo el 
sistema de circulación excepto en la barrena, es decir, la ecuación (6) se puede reducir 
a: 
 
 
 
E.1) Caída de presión en las conexiones superficiales. 
 
 Incluyen el tubo vertical, la manguera, la unión giratoria y la flecha; está en 
función de la clase o tipo según la IADC. En la tabla 2.1, se describen las clases y el 
coeficiente a utilizar. 
 
 
Componente 
TIPO I 
C= 1.00 
TIPO II 
C= 0.36 
Longitud, m DI, in Longitud, m DI, in 
Tubería vertical 12 3 12 3 ½ 
Manguera 13.7 2 16.7 2 ½ 
Unión giratoria 1.2 2 1.6 2 ½ 
Flecha 12 2 ¼ 12 3 ¼ 
Componente TIPO III 
C= 0.22 
TIPO IV 
C= 0.15 
Longitud, m DI, in Longitud, m DI, in 
Tubería vertical 13.7 4 13.7 4 
Manguera 16.7 3 16.7 3 
Unión giratoria 1.6 2 ½ 1.8 3 
Flecha 12 3 ¼ 12 4 
 
Tabla 2.1 
 
La ecuación a emplear es: 
 (
 
 
)
 
 
 
Donde f está en g/cc. 
 
E.2) Calcular la velocidad en el interior de la tubería de perforación y del 
ensamble de fondo de acuerdo al gasto utilizado. 
 
 ̅ 
 
 
 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
20 
 
E.3) Calcular el régimen de flujo de acuerdo al modelo Ley de Potencias 
Modificado, empleando las ecuaciones para calcular las caídas de presión por 
fricción de la tabla 2.2. 
 
E.4) Calcular las caídas de presión de acuerdo modelo reológico y al régimen 
de flujo empleando la tabla 2.2. 
 
 TABLA 2.2 
 
Modelo 
Newtoniano 
Modelo Plástico de 
Bingham 
Modelo Ley de Potencias 
 
Parámetros de 
comportamiento 
de flujo 
 
 
 
 (
 
 
) 
 
 
 
 
 
 
Criterio de Turbulencia 
Interior de 
tubería 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 
 
 
extrapolando hasta la línea recta 
inclinada 
 
 
 ̅
 
 
 
(
 
 
)
 
 
 
 
Modelo 
Newtoniano 
 
Modelo Plástico de 
Bingham 
 
Modelo Ley de Potencias 
 
 
 
Espacio anular 
 
 
 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 [
 
 
]
 
 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
21 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 
Caídas de presión por fricción para Flujo Laminar. 
 
 
Interior de 
tubería 
 
 
 
 ̅
 
 
 
 [
 ̅
 
 
 
 
] 
 
 ̅ (
 
 
)
 
 
 
 
Espacio anular 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 
 
 
 [
 ̅
 
 
 
 
 
] 
 
 
 ̅ (
 
 
)
 
 
 
 
 
Caídas de presión por fricción para Flujo Turbulento. 
 
 
 
 
Interior de 
tubería 
 
 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 
 
f se obtiene de la gráfica D.2 
en la intersección del valor de n y 
el NRe 
 
 
 
 
Espacio anular 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 
 
 
 
 ̅ 
 
 
 
 
f se obtiene de la gráfica D.2 
en la intersección del valor de n y 
el NRe 
 
 
 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN22 
 
E.5) Calcular la caída de presión en la barrena. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
E.6) Calcular la velocidad en el espacio anular. 
 
 ̅ 
 
 ( 
 
 )
 
 
E.7) Calcular el régimen de flujo de acuerdo al modelo reológico determinado. 
Ver tabla 2.2 para consultar las ecuaciones. 
 
E.8) Calcular las caídas de presión de acuerdo al régimen de flujo. Ver tabla 
2.2 para consultar las ecuaciones de acuerdo al modelo reológico y al régimen 
de flujo. 
 
 Interior Anular 
Componente Long. Velocidad Flujo Pf 
Velocidad Flujo Pf 
TP Pdp 
 Pdpa 
HW Phw 
 Phwa 
DC Pdc 
 Pdca 
 
 E.9) Calcular la caída de presión parásita total (pd), de la ecuación (6): 
 
 
 
 
2.3.4 Optimización de la hidráulica. 
 
 El empleo óptimo del caballaje hidráulico o potencia hidráulica de la bomba de 
lodos es uno de los aspectos de mayor importancia en las operaciones de perforación, 
especialmente en lo que a la optimización de ésta se refiere. 
 
 Por este motivo, es necesario tener el conocimiento del equipo hidráulico 
superficial y sus componentes; así como de la evaluación analítica de la energía 
hidráulica disponible; asociándose generalmente el término potencia hidráulica con el 
empleo en el campo de las barrenas con toberas. 
 
 La principal función de las toberas de la barrena es la de mejorar la acción de 
limpieza del fluido de perforación en el fondo del pozo, incrementando de esta manera 
la velocidad de perforación y la vida útil de la barrena, mediante la remoción "casi 
inmediata" de los recortes generados, y permitir así que los dientes de la barrena incidan 
sobre formación virgen. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
23 
 
 Por lo tanto, la aplicación de un nivel adecuado de la energía hidráulica 
disponible en el fondo del pozo, producirá un incremento sustancial en la velocidad de 
penetración; ya que si se logra obtener una "limpieza perfecta" en el fondo del pozo, los 
recortes serán removidos con la misma rapidez con que se generan. 
 
 De lo antes expuesto es posible establecer que el principal objetivo de la 
optimización de la hidráulica de perforación es el de maximizar una función objetivo 
que permita obtener una limpieza eficiente del fondo del pozo y de la barrena. 
 
 
2.3.4.1 Criterios de optimización. 
 
 La práctica de campo ha demostrado que la velocidad de perforación se 
incrementa conforme la energía hidráulica disponible en el fondo del pozo se 
incrementa; aumentando así la efectividad del empleo de las barrenas de chorro. Sin 
embargo, una vez que se alcanza un nivel de limpieza "perfecta", cualquier aumento de 
la energía hidráulica en la barrena ya no trae consigo un aumento en la velocidad de 
penetración. 
 
 Con el propósito de calcular las condiciones hidráulicas apropiadas de operación 
se pueden aplicar dos criterios, los cuales establecen que al cumplirse cierta condición 
se alcanzan las condiciones óptimas de hidráulica, como se muestra a continuación. 
 
 
 
Criterio: Máxima Potencia Hidráulica en la 
barrena. 
 
Condición a cumplir: 
 
 
 
 
 
 
Criterio: Máxima Fuerza de Impacto en las 
toberas. 
 
Condición a cumplir: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
m, es la pendiente de la línea recta en una gráfica log-log de las caídas de presión 
parásitas (Pd) vs gasto (q) de bombeo, como se muestra en la figura 2.14. 
 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
24 
 
 
 
 
 
 
Existen dos formas de conocer el valor de la pendiente. 
 
 En teoría se considera que m tiene un valor cercano a 1.75. 
 
 Sin embargo, la forma más exacta de obtener este valor es midiendo la presión 
de bombeo con dos gastos distintos en el equipo, es decir se tendría que : 
 
 a) Medir físicamente en el equipo (q1, pp1) y (q2, pp2). 
b) Calcular la caída de presión en la barrena para cada gasto aplicando la 
ecuación (10). 
c) Calcular la caída de presión parásita de la ecuación (7). 
 
 
 
 
 d) Calcular la pendiente de la recta: 
 
 
 (
 
 
)
 (
 
 
)
 
 
 
 
100,00 
1.000,00 
10.000,00 
100 1000

P
d
, p
si
q, gpm
8000 ft
qmin
qmax
ppmax
qmin qmax
m
(q, pd)
Figura 2.14. Obteniendo un par ordenado correspondiente a la 
profundidad de análisis (qpromedio, Pd). 
 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
25 
 
 2.3.4.2 Procedimiento para la optimización de la hidráulica. 
 
A) Conocido el valor de m, realizar una gráfica de caídas de presión parásitas (Pd) vs 
gasto (q) en escala log-log, graficar una línea con pendiente m (el valor calculado con la 
ecuación 15) y que pase por el par ordenado (qpromedio, Pd) calculado en el punto E 
anterior, con la ecuación de la recta. 
 
 [ ( ( ) ) ] 
 
 Donde X es cualquier gasto mayor y menor del dato conocido (qpromedio) para el 
cual se calculará su correspondiente caída de presión parásita (Y) con el objeto de 
formar una línea recta que pasa por el par ordenado conocido (qpromedio, Pd) y con 
pendiente m. 
 
B) Calcular las caídas de presión parásita ocurrida a la presión de bombeo máxima de 
acuerdo al criterio de optimización seleccionado. Ecuaciones (13) o (14), observe que el 
valor de pp se refiere a la presión máxima disponible por la bomba en superficie. Con 
lo cual se obtiene el valor de Pd óptimo. 
 
C) Regresar a la gráfica log-log del punto A, entrar con el valor Pd óptimo e 
interceptar de forma horizontal la recta con pendiente m. El gasto donde intercepta a la 
recta se conoce como el gasto óptimo (qopt). Figura 2.15. 
 
 
 
 
 
 
D) Calcular la caída de presión disponible en la barrena para las condiciones óptimas, 
utilizando la ecuación (7): 
 
 
100,00 
1.000,00 
10.000,00 
100 1000

P d
, p
si
q, gpm
8000 ft
DPdmax
qmin
qmax
ppmax
qmin qmax
m
(q, pd)
qopt
pd opt
Figura 2.15. qóptimo vs Pd óptimo. 
Deacuerdo al criterio de optimización seleccionado. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
26 
 
E) Calcular el área (TFA) y diámetro de las toberas de acuerdo a las condiciones 
óptimas de gasto y caídas de presión, despejando de la ecuación (10) 
 
 √
 
 
 
 
 
 √
 
 
 
 
El diámetro de las toberas obtenido a partir de la ecuación (20) está dado en 32
vos
 de 
pulgada. 
 
F) Calcular el HSI (Potencia hidráulica por unidad de área). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
G) Calcular la fuerza de impacto, Fj. 
 
 √ 
 
H) Calcular la relación de transporte de recortes, FT. 
 
a) A partir del gasto óptimo conocido, calcular la velocidad anular frente a los 
lastrabarrenas y frente a la tubería de perforación aplicando la ecuación (11) 
 
 ̅ 
 
 ( 
 
 )
 
 
Dado que se tiene conocida la velocidad de deslizamiento de los recortes (vsl) 
desde la ecuación (2), entonces la relación de transporte de recortes está dada 
por: 
 
 
 
 ̅ 
 
Para asegurar la limpieza del espacio anular, la relación de transporte debe ser 
mayor a 0.5. 
 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
27 
 
I) Calcular la Densidad Equivalente de Circulación a gasto óptimo, ECD por sus siglas 
en inglés. Es común expresar la presión total en cualquier punto del sistema en términos 
de una densidad de lodo equivalente. 
 
 
∑ 
 
 
 
J) Las condiciones óptimas de operacióncalculadas serán: 
 
Profundidad q opt, gpm Pd, psi Pbna, psi At, in
2
 ECD dt, in FT, 
adim 
 dt1, dt2,.. 
 
 
 
 
 
 
GASTO
P
O
T
E
N
C
I
A
Qopt
HPbopt
POTENCIAHIDRAULICAPRO- 
PORCIONADA POR LA BOMBA
POTENCIAHIDRAULICA 
EN LA BARRENA
PERDIDADEPOTENCIAEN 
EL SISTEMA CIRCULATORIOMAXIMAPOTENCIA 
HIDRAULICAENLA 
BARRENA
GASTOOPTIMOPARA 
OBTENER LA MAXIMA 
POTENCIAHIDRAULI- 
CA EN LA BARRENA
INCREMENTODEPOTENCIA 
EN LA BARRENA
DECREMENTODEPOTENCIA 
EN LA BARRENA
INCREMENTO DE LA VELOCIDAD ANULAR
INCREMENTO DE LA VELOCIDAD DEL FLUIDO A TRAVES DE LAS TOBERAS
INCREMENTO DE LAS PERDIDAS DE PRESION POR FRICCION EN EL SISTEMA
FIG. III.1.- BALANCE ENTRE LOS ELEMENTOS DE 
LA HIDRAULCA
Balance entre los elementos de la Hidraúlica. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
28 
 
2.4 Sistema de control de sólidos. 
 
 El equipo de control de sólidos tiene como propósito mantener las propiedades 
físicas, químicas y fisicoquímicas del fluido de control, a través de una separación 
progresiva y eficiente de los sólidos perforados del mismo, considerando su tamaño de 
partícula y permitiendo que cada equipo optimice el desempeño del siguiente. 
 
Teoría del control de sólidos. 
 
 
 
 
 
Objetivos del control de sólidos. 
 
 a) Maximizar la extracción de sólidos perforados. 
 
 b) Minimizar la pérdida de lodo. 
 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
29 
 
 Disminuye la pérdida de sólidos comerciales. 
 Recupera lodo limpio casi al 100%. 
 
 c) Reducir el impacto ambiental. 
 
 Menos volumen total de deshechos. 
 Menos humedad de deshechos, más fácil de manejar. 
 
Efectos de sólidos perforados. 
 
 a) Disminuyen el ritmo de perforación, ROP. 
 
 Cabeza hidrostática más alta. 
 Desgaste excesivo de los dientes de la barrena. 
 Menor velocidad de perforación. 
 Atrapamiento de tuberías. 
 
 b) Incremento de reología y tixotropía. 
 
 Incremento en el punto de cedencia del fluido. 
 Menos eficiencia de los equipos mecánicos de separación de sólidos. 
 - Uso de mallas más grueso. 
 - Gastos de asentamiento más bajos. (Ley de Stokes). 
 Costos de dilución y tratamiento químico más alto. 
 Embolamiento de la barrena. 
 
 c) Aumento de abrasión. 
 
 Afecta bombas y repuestos. 
 Daña el equipo de control de sólidos. 
 Deteriora las turbinas. 
 Altera las lecturas del MWD. 
 Disminuye el tiempo de vida de la barrenas. 
 Desgasta las tuberías. 
 Erosiona las paredes del agujero. 
 
 e) Formación de un enjarre de mala calidad. 
 
 Enjarre muy grueso. 
 - Aumenta el torque y arrastre. 
 - Posible causa de pega diferencial. 
 Disminuye el control de filtrado. 
 - Daño a las formaciones. 
 - Atrapamiento y derrumbes. 
 - Altera la interpretación de los registros. 
 Cementaciones deficientes. 
 Perdida de circulación. 
 Daña el yacimiento productor. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
30 
 
Beneficios del control de sólidos. 
 
 
 
Los principales componentes del sistema de control de sólidos, son: 
 
 Línea de flote. 
 Temblorinas. 
 Trampas de arena. 
 Desgasificadores. 
 Hidrociclones. 
 Limpiador de lodos. 
 Centrifugas decantadoras. 
 Tanques de lodo. 
 Sistemas de agitación. 
 
 
2.4.1 Línea de flote. 
 
 Se refiere a forma y geometría de las líneas de descarga del lodo antes de llegar 
a las temblorinas. La configuración recomendada para la línea de flote, tomando como 
base las altas velocidades de perforación esperadas es la mostrada en la figura 2.16. 
BENEFICIOS 
DEL CONTROL 
DE SÓLIDOS. 
MANTIENE LAS 
PROPIEDADES 
DEL LODO. 
AUMENTA EL 
RITMO DE 
PERFORACIÓN. 
MEJORA LA 
VIDA UTIL DE 
LOS EQUIPOS. 
REDUCE 
COSTOS DE 
OPERACIÓN. 
AUMENTA LA 
RENTABILIDAD DE 
LOS PROYECTOS 
DE EXPLOTACIÓN.. 
MANTIENE LA 
ESTABILIDAD 
DEL AGUJERO. 
PREVIENE 
PERDIDA DE 
CIRCULACIÓN. 
REDUCE LA 
FILTRACION Y 
MEJORA EL 
ENJARRE. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
31 
 
 
 
 
 
 
2.4.2 Temblorinas. 
 
 Las Temblorinas es el único aparato removedor de sólidos que hace una 
separación basada en el tamaño físico de las partículas. La operación de la temblorina 
esta en función de: 
 
 Norma de la vibración (tipos de movimientos). 
 Dinámica de la vibración (contrapesas). 
 Tamaño de la cubierta y su configuración. 
 Características de las mallas (tamaño y condición de la superficie). 
 Reología del lodo (especialmente densidad y viscosidad). 
 Descarga de sólidos (ROP y GPM). 
 
 Las recomendaciones del API consisten en instalar suficientes temblorinas para 
procesar 125% del volumen de circulación de lodo máximo esperado para el pozo, 
utilizando a su vez las mallas más finas posibles y considerando el aspecto económico. 
 
Temblorinas primarias. 
 
 El principal objetivo de estas temblorinas es separar los sólidos grandes 
provenientes del pozo. Se debe asegurar que el tiempo de retención sea mínimo y que la 
alimentación garantice que no se presente excesiva acumulación de recortes. Figura 
2.17. 
 
 Figura 2,17. Movimientos básicos de las temblorinas primarias. 
Figura 2.16. Arreglo óptimo del múltiple de la línea de flote, con divisor de 
línea de flujo. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
32 
 
Temblorinas secundarias. 
 
 El objetivo principal es contar con suficiente capacidad de temblorinas para 
procesar en forma continua las velocidades de circulación completas del equipo de 
perforación, así como separar por lo menos el 85% de los sólidos perforados. 
 
 
2.4.3 Trampa de arena. 
 
 Dispositivo colocado debajo de las temblorinas primarias, debe vaciarse los 
sólidos periódicamente, especialmente cuando se utilice fluido base agua. No se 
recomienda descargar la trampa de arena con el lodo base aceite debido a que se pierde 
líquido valioso. 
 
 Las trampas de arena juegan un papel importante en virtud de que protegen los 
equipos de control de sólidos, contra la erosión de mallas de temblorina al separar 
aquellas partículas grandes que pudieran obstruir a los hidrociclones o en su defecto, 
reducir la efectividad del equipo. El lodo proveniente de la trampa de arena debe 
rebosar sobre la parte superior del compartimiento de la trampa de arena hacia el 
siguiente compartimiento donde el desarenador succiona. 
 
 
2.4.4 Desgasificadores. 
 
 La presencia de gas en el lodo puede ser dañino para los equipos de perforación, 
así como un problema potencial en el control de pozo, además de que es letal si es 
toxico o inflamable. Por tal razón, es importante el uso de los desgasificadores. Hay dos 
tipos de desgasificadores: 
 
 Desgasificadores atmosféricos: Aceptable en lodos de baja densidad y 
viscosidad. Figura 2.18. 
 Desgasificadores de aspiración o de vacío: Son superiores a los atmosféricos y 
muy usados para lodos pesados y de alta viscosidad. Figura 2.19. 
 
 Las bombas centrifugas, los hidrociclones y otras bombas del equipo pierden 
eficiencia si el lodo tiene gas. 
 
 
 Figura 2.18. Desgasificador 
atmosférico. 
Figura 2.19. Desgasificador de vacío. 
CAPÍTULO 2 HIDRÁULICA DE LA PERFORACIÓN 
 
33 
 
2.4.5 Hidrociclones. 
 
 Los hidrociclones son recipientes en forma cónica, en los cuales la energía de 
presión se transforma en fuerza centrifuga. La fuerza centrifuga creada por este 
movimiento del lodo en el cono, forza a las partículas más pesadas contra la pared del 
cono y se descargan por el fondo, las partículas más livianas son succionadas hacia la 
parte superior del cono por el efecto de vacío. Los hidrociclones están clasificados por 
su tamaño como desarenadores o desarcilladores. 
 
 Desarenadores.

Otros materiales